Implementasi dan Analisis Performansi Sistem Pemantauan Kandang Peternakan Ayam menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel Zigbee (802.15.4)

(1)

IMPLEMENTASI DAN ANALISIS PERFORMANSI SISTEM PEMANTAUAN KANDANG PETERNAKAN AYAM MENGGUNAKAN JARINGAN SENSOR

NIRKABEL ZIGBEE (802.15.4)

Angga Fatih Alim¹, Vera Suryani², Gandeva Bayu Satrya³

¹Teknik Informatika, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Telkom Abstrak

Pada Peternakan ayam dengan lahan yang luas seringkali sulit untuk melakukan pemantauan terhadap kondisi kandang seperti suhu, kelembaban dan kebersihan kandang. Kesalahan ataupun keterlambatan dalam penanganan suhu dan kelembaban pada kandang ayam memiliki efek yang kurang baik untuk kesehatan ayam. Ayam akan langsung memberikan respon saat suhu melebihi zona nyaman (comfort zone). Penurunan produksi telur maupun heat stress menjadi manifestasi respon ayam terhadap perubahan tersebut. Beberapa langkah pencegahan dilakukan untuk meminimalkan efek ini salah satu nya adalah pemasangan sistem pemantauan.

Pada tugas akhir ini dibangun sebuah sistem pemantauan peternakan ayam menggunakan jaringan sensor nirkabel ZigBee/IEEE 802.15.4 yang diakses melalui smartphone. Penggunaan ZigBee ini didasarkan pada karakteristiknya yang reliabel dalam transmisi data serta konsumsi daya yang rendah. Disamping itu penggunaan smartphone sebagai end-device disisi client dimaksudkan agar pemantauan bisa dilakukan secara realtime dimanapun dan kapanpun. Pada penilitian ini dilakukan pengujian untuk menganalisis performansi sistem serta konsumsi daya dari Jaringan Sensor Nirkabel ZigBee/IEEE 802.15.4. Dimana pada penelitian ini zigbee dengan periodik pengiriman setiap 1 detik dan batere 400 mAh mampu bertahan dalam kurun waktu sekitar 23 hari. Sedangkan performansi sistem didapatkan delay transmisi 33 ms dan RSSI yang masih bisa ditangkap oleh perangkat Zigbee sekitar -80 hingga -95 dBm dengan jarak kurang dari 100 meter .

Kata Kunci : Zigbee ,smartphone, monitoring , kandang ,suhu , kelembaban.

Abstract

In a wide area chicken poultry, it’s a common thing to see the difficulties from monitoring coop’s condition such as its temperature, humidity, and cleanliness. A mistake or lateness in handling the temperature and humidity of the chicken’s coop could give a bad effect to chicken’s health. The chicken will give response directly when the temperature goes out of normal. The decreasing amount of eggs production or heat stress can be the effects from chicken’s response to the changes. There are some prevention solution to minimize the effects, one of them is the implementation of monitoring system.

In this final assignment, a chicken poultry monitoring system using ZigBee wireless sensor network that is accessible by smartphone was created. The use of ZigBee here is based on ZigBee characteristic which are reliable in data transmission and also its low power consumption. Besides that, the use of smartphone as a client side end-device means to do real-time monitoring wherever and whenever at ease. In this research, there be an experiment to analyze the

performance of the system and power consumption from the ZigBee wireless sensor network. Where in this experiment, zigbee does the transmission in every 1 second and with 400 mAh battery can last longer in about 23 days. as for the system's performance, it shows a 33 ms delay and RSSI that still can be caught by the zigbee device within -80 until -95 dBm with a distance less than 100 meters.

Keywords : Zigbee, smartphone, monitoring, chicken’s coop, temperature, humidity.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(2)

1

Bab I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Peternakan ayam skala besar rata-rata memiliki luas dari 1 hektar hingga 8 hektar. Dengan kandang seluas itu tentunya tidak mudah untuk pegawai peternakan melakukan pengawasan berkala secara cepat terhadap kondisi kandang. padahal suhu dan kelembaban pada kandang memerlukan pengawasan secara cepat dikarenakan dua parameter ini mudah sekali mengalami perubahan dan memiliki nilai yang mungkin berbeda-beda pada setiap kandang.

Suhu dan kelembaban yang nyaman untuk ayam dewasa ialah 25-28°C dan 60-70% [4]. Namun saat masa indukan, suhu yang nyaman untuk anak ayam berkisar 33-39°C. Kesalahan ataupun keterlambatan dalam penanganan suhu dan kelembaban ini memiliki efek yang kurang baik untuk kesehatan ayam. Ayam akan langsung memberikan respon saat suhu melebihi zona nyaman (comfortzone) diantaranya dengan membuka sayap, mencari tempat dingin dan panting. Beberapa langkah dilakukan untuk meminimalkan efek ini salah satu nya adalah pemasangan sistem pemantauan kondisi lingkungan kandang.

Sistem pemantauan yang baik adalah sistem yang mampu menyampaikan informasi secara akurat dengan waktu secepat mungkin. Akurat artinya ketepatan data parameter suhu dan kelembaban yang terbaca di smartphone terhadap suhu yang diukur secara langsung. Sedangkan cepat artinya transmisi data yang terjadi dimulai dari sensor di kandang hingga diterima oleh client memiliki delay sekecil mungkin.

Sebagai salah satu solusi permasalahan diatas adalah dengan mengintegrasikan teknologi smartphone berbasis android kedalam sistem pemantauan yang menggunakan jaringan sensor nirkabel ZigBee (802.15.4). Pengintegrasian dengan smartphone menjadikan sistem pemantauan lebih portable sehingga setiap perubahan yang terjadi bisa segera diketahui tanpa harus mengunjungi kandang satu per satu. Dengan adanya sistem pemantauan ini memudahkan peternak ayam memantau kondisi kandang, sehingga tidak terjadi keterlambatan penanganan ketika kondisi kandang tidak ideal. Disamping itu penggunaan jaringan sensor nirkabel ZigBee (208.15.4) menjadikan penggunaaan daya pada sistem pemantauan dan pengendalian lebih hemat. ZigBee menggunakan frekuensi 2.4 GHz dan memiliki transfer rate sekitar 250 kbps [10][ 11] . Sebuah perangkat yang menggunakan standar ZigBee dapat menggunakan sebuah baterai yang dapat membuat perangkat tersebut bertahan selama berbulan-bulan.

Pada tugas akhir ini dibangun sebuah sistem pemantauan peternakan ayam menggunakan jaringan sensor nirkabel ZigBee yang diakses melalui smartphone

(3)

2

serta dilakukan pengujian untuk menganalisis performansi dari transmisi data yang terjadi dan konsumsi daya dari Jaringan Sensor Nirkabel ZigBee .

1.2 Perumusan Masalah

1. Bagaimana mengimplementasikan sistem pemantauan pada kandang

peternakan ayam?

2. Bagaimana keakurasian data suhu yang diperoleh sistem pemantauan peternakan ayam bila dibandingkan dengan pengukur suhu nyata (thermometer)?

3. Bagaimana performansi sistem pemantauan peternakan ayam

menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel ZigBee/IEEE 802.15.4 dan bagaimana pengaruh Zigbee terhadap performansi sistem keseluruhan?

4. Bagaimana Konsumsi energi dari Jaringan Sensor Nirkabel ZigBee

(802.15.4) pada Sistem Pemantauan dan pengendalian peternakan ayam?

1.3 Tujuan

1. Implementasi sistem pemantauan kandang peternakan ayam yang mampu

memantau kondisi lingkungan kandang berdasarkan nilai suhu dan kelembaban.

2. Menguji akurasi data suhu dari sistem pemantauan peternakan ayam berbasis Jaringan Sensor Nirkabel Zigbee/IEEE 802.15.4

3. Mengetahui Performansi sistem pemantauan peternakan ayam

berdasarkan konsumsi energi serta masa hidup baterai dari ZigBee/IEEE 802.15.4 yang berperan sebagai transmitter data sensor.

4. Mengetahui Performansi Zigbee/IEEE 802.15.4 pada sistem pemantauan peternakan ayam berdasarkan parameter RSSI, paket error, delay paket dan throughput.

5. Mengetahui seberapa besar pengaruh performansi Zigbee/IEEE 802.15.4 terhadap kinerja aplikasi sistem pemantauan peternakan ayam yang

mengguanakan Jaringan Sensor Nirkabel Zigbee/IEEE 802.15.4

berdasarkan parameter delay.

1.4 Batasan Masalah

1. Module Stack Zigbee/802.15.4 yang digunakan adalah Xbee Module

Series 2 dari digiware

2. Integrasi Zigbee kedalam sistem menggunakan Xbee-API

3. Pengujian dilakukan dengan menyesuaikan kondisi pada peternakan ayam.

4. Sensor suhu yang digunakan adalah sensor suhu DHT11

5. Untuk Perangkat server menggunakan jaringan lokal (localhost)

1.5 Metodologi Penyelesaian Masalah

a. Studi Pustaka dan Literatur

Melakukan pencarian sumber kajian dan literatur berupa jurnal , Tugas Akhir mahasiswa sebelumnya yang meneliti tentang ZigBee maupun paper yang telah terpublikasikan.

b. Studi Lapangan

(4)

3

Dilakukannya diskusi dengan pembimbing TA , pegawai peternakan ayam maupun rekan mahasiswa yang pernah melakukan riset terkait jaringan sensor nirkabel

c. Analisis Kebutuhan Sistem

Pada tahap ini, Dilakukan analisis kebutuhan hardware maupun software untuk dapat membangun sistem pemantauan dan pengendalian peternakan ayam ini.

d. Perancangan Sistem

Pada tahap ini, akan dilakukan perancangan sistem yaitu perancangan sistem pemantauan peternakan ayam menggunakan jaringan sensor nirkabel ZigBee.

e. Desain Skenario Uji

Pada tahap ini, dilakukan perancangan terhadap skenario pengujian yang akan digunakan untuk menganalisis performansi dari sistem pemantauan peternakan ayam serta pengujian akurasi data dari sistem tersebut.

f. Implementasi

Sistem yang telah dirancang sebelumnya diimplementasikan secara nyata dimulai dari integrasi hardware hingga pembangunan perangkat lunak pemantauan dan pengendalian.

g. Testing dan Analisis

Sistem yang telah diciptakan diujicobakan sesuai dengan skenario uji. Kemudian dilakukan pengambilan data dari proses uji coba tersebut. Pada tahap akhir, dilakukan analisis mengenai data yang didapat tersebut.

h. Kesimpulan dan Saran

Pada tahap ini, dilakukan penarikan kesimpulan dari analisis data yang telah didapatkan dan saran bagi penggunaan sistem yang berkaitan.

i. Penyusunan laporan Tugas Akhir

Membuat dokumentasi dari semua tahapan pengerjaan tugas akhir ini, mulai dari dasar teori yang digunakan, proses pembuatan sistem, hingga hasil dari pengujian yang dilakukan.

(5)

26

Bab V

Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

1. Zigbee dapat diimplementasikan dengan baik pada sistem pemantauan peternakan ayam.

2. Berdasarkan hasil pengujian, akurasi data rata-rata pengambilan pada sistem pemantauan peternakan ayam dengan sensor suhu terhadap pengambilan data langsung menggunakan thermometer adalah sebesar 98.52%.

3. Berdasarkan hasil pengujian Zigbee pada sistem pemantauan peternakan ayam, didapatkan rata-rata delay paket sebesar 32.78 ms dengan rata-rata throughput 14.4 kbps

4. Berdasarkan hasil pengujian, dapat disimpulkan bahwa semakin jauh jarak dan semakin banyak penghalang maka kuat sinyal (RSS) akan semakin kecil sehingga dapat menyebabkan paket error dan meningkatnya paket delay.

5. Dilihat dari mekanisme pengiriman paket Zigbee, rata-rata delay paket dan rentang pengambilan data pemantauan, sistem pemantauan peternakan

ayam yang menggunakan Zigbee dapat mengirimkan data dengan reliable

dan akurat.

6. Pada implementasi sistem pemantauan peternakan ayam, konsumsi energi

Zigbee hingga 1.367 joule dengan masa hidup hingga 2.5 bulan

7. Berdasarkan hasil pengujian, faktor yang dapat mempengaruhi konsumsi energi dan masa hidup batere adalah nilai arus pada saat sleep, besarnya ukuran paket yang dikirim serta rentang waktu pengiriman.

8. Penerapan Zigbee / IEEE 802.15.4 sebagai perangkat dan protokol untuk mengirimkan data sensor pada sistem pemantauan peternakan ayam dari sisi performansi energi sangat tepat guna, dikarenakan untuk dapat menyalakan perangkat tersebut 2.5 bulan hanya butuh batere 400 mAh. 9. Jika dibandingkan dengan perangkat pengirim data lain yaitu bluetooth

dan wifi, Zigbee memiliki daya yang lebih rendah.

5.2 Saran

Pengembangan yang dapat dilakukan pada tugas akhir ini antara lain :

1. Pengembangan dengan menambah data sensor menjadi 4-5 sensor

2. Pengembangan dengan menambahkan fitur sms notifikasi jika parameter sensor berada pada titik yang tidak diinginkan.

3. Perbaikan dengan menambah parameter pengukuran.

4. Pengembangan dengan melakukan optimasi pada algoritma manajemen

energi

5. Mencoba variasi topologi lain untuk mendapatkan performansi jaringan yang optimal.

(6)

xii

Daftar Pustaka

[1] Arduino. 2013. Arduino Uno. [online] tersedia : http://arduino.cc/en/ Main/arduinoBoardUno [9 Juni 2013]

[2] Casilari, E., Cano-Garcia, J.M., Campos-Garido, G. 2010. Modeling of Current Consumption in 802.15.4/ZigBee Sensor Motes. Malaga.

[3] Crockford, D.2006. The application/json Media Type for JavaScript Object Notation(JSON). [online] tersedia: http://www.ietf.org/rfc/ rfc4627.txt [9 Juni 2013].

[4] Dwi Cahyadi, D., Rifqi Wijaya, M., Dessalma S, N.2011. Sistem Kandang Tertutup dalam Manajemen Peternakan. Indonesia

[5] D-Robotics UK. 2010. DHT11 Humidity & Temperature Sensor. [online] tersedia : http://www.droboticsonline.com

[6] Efendi Rasjid, F.2013. Android Sistem Operasi pada

Smartphone.[online] tersedia : http://www.ubaya.ac.id/2013/content/ articles_detail/7/Android--Sistem-Operasi-pada-Smartphone.html [9 Juni 2013].

[7] J.S Lee, Y.W Su, C.C Shen.2007. A Comparative Study of Wireless Protocols:Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi. Taiwan

[8] Manore, J., Pawar, MS., Kuber MM.2011. Life Time Prediction of Battery Operated Node for Energy Efficient WSN Applications.India.

[9] MaxStream, Inc. 2010. Xbee Series 2 OEM RF modules. [online]

tersedia : ftp://66.77.174.30/support/documentation/90000866_A.pdf

[10] Murad, M., Yahya, K.M., Hassan, G.M. 2010. Web Based Poultry Farm

Monitoring System Using Wireless Sensor Network. Pakistan

[11] Piyare, R., Lee, Seong-ro.2013. Performance Analysis of Xbee ZB Module Based Wireless Sensor Networks.South Korea.

[12] Pinedo-Frausto, E.D., Garcia-Macias, J.A. 2008. An Experimental

Analysis of Zigbee Networks. Mexico

[13] Rasin, Z., Rizal Abdullah, M.2009. Water Quality Monitoring System Using Zigbee Based Wireless Sensor Network. Malaysia

[14] Sukmana Murty, W.2009. Simulasi dan Analisis Performansi Jaringan Zigbee(IEEE 802.15.4) di dalam Personal Area Network. Institut Teknologi Telkom.

[15] Suryani,V. 2009. Analisis Performansi Protokol Zigbee pada Jaringan Wireless Personal Area Network. Institut Teknologi Bandung.

[16] Trchalik, M.R., Ocenasek, I. P. 2006. ZigBee Gateways. Dept. of Information Systems, FIT, BUT

[17] Widiasrini, P.Tri Riska Ferawati. 2005. ZigBee: Komunikasi Wireless Berdaya Rendah. Jakarta

[18] Winardi.2012. Mengenal Teknologi ZigBee Sebagai Standart Pengiriman

Data Secara Wireless. Jakarta